Τα μόρια δονούνται. Οι δεσμοί τους τεντώνονται, κάμπτονται και συστρέφονται σε συγκεκριμένες συχνότητες. Όταν το υπέρυθρο φως χτυπά ένα μόριο, απορροφάται εάν η συχνότητά του ταιριάζει με τη δόνηση. Το αποτέλεσμα είναι ένα φάσμα υπερύθρου, ένα διάγραμμα απορροφούμενων συχνοτήτων. Κάθε λειτουργική ομάδα απορροφά σε χαρακτηριστικές συχνότητες, καθιστώντας την φασματοσκοπία υπερύθρου ένα ισχυρό εργαλείο για την αναγνώριση χημικών ομάδων.

Η τεχνική λειτουργεί διοχετεύοντας υπέρυθρο φως μέσα από ένα δείγμα και μετρώντας την ποσότητα που απορροφάται σε κάθε μήκος κύματος. Το φάσμα που προκύπτει δείχνει κορυφές σε συγκεκριμένους αριθμούς κύματος, συνήθως μεταξύ 4000 και 400 cm^-1. Μια ευρεία κορυφή γύρω στα 3300 cm^-1 υποδεικνύει έναν δεσμό OH ή NH. Μια αιχμηρή κορυφή γύρω στα 1700 cm^-1 υποδεικνύει έναν δεσμό C=O. Μια κορυφή γύρω στα 2200 cm^-1 υποδεικνύει έναν δεσμό C≡N ή C≡C. Η περιοχή δακτυλικών αποτυπωμάτων κάτω από τα 1500 cm^-1 είναι πολύπλοκη αλλά μοναδική για κάθε μόριο.

Η φασματοσκοπία υπερύθρου χρησιμοποιείται στην οργανική χημεία για την αναγνώριση λειτουργικών ομάδων, στην εγκληματολογική επιστήμη για την ανάλυση αποδεικτικών στοιχείων, στον φαρμακευτικό έλεγχο ποιότητας για την επαλήθευση της ταυτότητας φαρμάκων και στην περιβαλλοντική παρακολούθηση για την ανίχνευση ρύπων. Είναι γρήγορη, μη καταστροφική και απαιτεί ελάχιστη προετοιμασία δείγματος. Φορητά φασματόμετρα υπερύθρου χρησιμοποιούνται στο πεδίο.

Η τεχνική δεν είναι χωρίς περιορισμούς. Δεν μπορεί να προσδιορίσει την πλήρη δομή ενός μορίου. Χρησιμοποιείται καλύτερα σε συνδυασμό με άλλες μεθόδους, όπως ο πυρηνικός μαγνητικός συντονισμός και η φασματομετρία μάζας. Αλλά για την αναγνώριση λειτουργικών ομάδων, είναι απαράμιλλη.